CH643543A5

CH643543A5 - Verfahren zur herstellung von pyridinderivaten mit trifluormethylgruppe in beta-stellung.

Info

Publication number: CH643543A5
Application number: CH184380A
Authority: CH
Inventors: Ryuzo Nishiyama; Kanichi Fujikawa; Isao Yokomichi; Yasuhiro Tsujii; Shigeyuki Nishimura
Original assignee: Ishihara Mining & Chemical Co
Priority date: 1979-03-09
Filing date: 1980-03-07
Publication date: 1984-06-15
Also published as: BR8001398A; NL191149C; IE49188B1; NZ192948A; AU5619180A; GB2045245A; DE3008081C2; AU532020B2; NL8001312A; IT1129728B; NL191149B; BE882121A; IT8020423A0; PL123917B1; GB2045245B; US4288599A; DE3008081A1; FR2450818B1; SG83484G; CA1125290A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Pyridinderivaten mit Trifluormethylgruppe in ß-Stellung, bei dem die angestrebten Verbindungen direkt aus ß-Picolin erhalten werden. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Pyridinderivats mit Trifluormethylgruppe in ß-Stel-lung durch eine Gasphasenreaktion von ß-Picolin mit Chlor und Fluorwasserstoff, gegebenenfalls in Gegenwart eines Katalysators aus einem speziellen Metallfluorid.

Es hat sich gezeigt, dass Pyridinderivate mit Trifluormethylgruppe in ß-Stellung in wichtige Verbindungen mit ausgezeichneten physiologischen Wirkungen überführt werden können. Diese Pyridinderivate werden daher als wichtige Zwischenprodukte für Agrikulturchemikalien und Medikamente angesehen. Insbesondere ist 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin ein wichtiges Zwischenprodukt bei der Herstellung von Herbizidenn, Insektiziden und Fungiziden. Es hat sich daher als erforderlich erwiesen, ein industrielles Verfahren zur Herstellung derartiger Verbindungen zu schaffen, das eine Massenproduktion auf wirtschaftliche Weise ermöglicht.

Es finden sich jedoch in der Literatur nur wenige Berichte, die die Herstellung derartiger Pyridinderivate beschreiben, da deren Einsatzmöglichkeiten bisher nicht als wichtig erachtet wurden.

Aus „Helvetica Chimica Acta", Bd. 59, Fase. 1, Nrn. 19-20,1976 usw. ist bekannt, dass die Chlorierung der Methylgruppe von ß-Picolin zur Herstellung von ß-Trichlormethylpyridin schwierig ist. ß-Trichlormethylpyridin weist eine ähnliche Struktur wie die erfin-dungsgemässen Pyridinderivate auf. Es konnte daher nicht erwartet werden, dass man die erfindungsgemässen Pyridinderivate aus ß-Picolin herstellen kann.

In den E-PS Nrn. 0000483 und WO 79/00094 usw. ist in jüngster Zeit ein Vorschlag zur Herstellung der genannten Pyridinderivate gemacht worden. In diesen Druckschriften werden jedoch nur Verfahren in kleinem, experimentellem Massstab beschrieben. So wird z.B. in WO Nr. 79/00094 ein Verfahren zur Herstellung von Chlor-ß-trifluormethylpyridinen beschrieben, bei dem 1) Chlorgas in eine Lösung von ß-Picolin in Tetrachlorkohlenstoff 3 h bei 80°C unter ultravioletter Bestrahlung eingeleitet wird, um Chlor-ß-trichlor-methylpyridine mit einer Ausbeute von weniger als 10% herzustellen; 2) Chlor-ß-trifluormethylpyridine durch Umsetzung der Chlor-ß-trifluormethylpyridine mit Antimontrifluorid in flüssiger Phase (1 h bei 140 bis 145° C) hergestellt werden oder die Chlor-ß-trichlor-methylpyridine mit Fluorwasserstoff in flüssiger Phase 10 h bei 200° C in einem Autoklaven umgesetzt werden. Dieses Verfahren weist jedoch folgende Nachteile auf:

1) Für die Chlorierung und Fluorierung wird eine lange Zeit benötigt.

2) Die Chlorierung verläuft nicht glatt, wodurch eine grosse Menge an Nebenprodukten anfällt, eine niedrigere Ausbeute resultiert und wodurch ausserdem komplizierte Reinigungs- und Trennverfahren nötig sind.

3) Antimontrifluorid ist teuer und verursacht bei der Abwasserbehandlung Schwierigkeiten; ausserdem ist für die Umsetzung mit Fluorwasserstoff ein Autoklav erforderlich.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Beobachtung, dass Pyridinderivate mit Trifluormethylgruppe in ß-Stellung in einem einzigen Reaktionsschritt durch eine Gasphasenreaktion von ß-Picolin mit Chlor und Fluorwasserstoff erhalten werden können. Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf der Beobachtung, dass die Reaktionsgeschwindigkeit in Gegenwart eines speziellen Metallfluorids bei der genannten Umsetzung erhöht wird, wodurch die Reaktionsbedingungen mild gewählt werden können und die genannten Pyridinderivate mit bemerkenswert erhöhter Ausbeute leicht erhalten werden können.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein industriell vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung von Pyridinderivaten zu schaffen, welche wichtige Ausgangsmaterialien für Agrikulturchemikalien und Medikamente darstellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die genannten Pyridinderivate in einer Reaktionsstufe direkt aus ß-Picolin herzustellen. Eine dritte Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem die genannten Pyridinderivate kontinuierlich dadurch hergestellt werden, dass man ß-Picolin mit Chlor und Fluorwasserstoff während kurzer Zeit in einer Gasphase umsetzt.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass man ein Verfahren zur Herstellung von Pyridinderivaten mit Trifluormethylgruppe in ß-Stellung der folgenden allgemeinen Formel schafft:

X Y

wobei X und Y jeweils ein Wasserstoffatom oder ein Chloratom bedeuten. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass man ß-Picolin mit Chlor und Fluorwasserstoff in einer Gasphasenreaktion in Gegenwart oder Abwesenheit eines Katalysators umsetzt, wobei der Katalysator ein Fluorid von wenigstens einem Metall der Gruppe Aluminium, Chrom, Eisen, Nickel, Kobalt und Mangan umfasst.

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Bei der erfindungsgemässen Reaktion wird vorzugsweise ein Verdünnungsmittel eingesetzt. Als Verdünnungsmittel kommen organische Lösungsmittel, wie Halogenkohlenwasserstoffe, z.B. Tetrachlorkohlenstoff, Chloroform, Methylenchlorid und F-112 (CFC12-CFCI2) oder F-113 (CF2C1-CFC12), und Inertgase, wie Stickstoff, Argon oder Helium, in Frage. Das Verdünnungsmittel hat die Aufgabe, eine Verbrennung, Carbonisierung und Bildung von teerartigen Nebenprodukten zu verhindern und die Reaktionstemperatur zu erniedrigen.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren erfolgt die Zugabe der Ausgangsmaterialien und gegebenenfalls des Verdünnungsmittels wie bei einer herkömmlichen Gasphasenreaktion. Beispielsweise können ß-Picolin, Chlor, Fluorwasserstoff und das Verdünnungsmi-tel getrennt eingeleitet werden, oder es kann eine Mischung von ß-Picolin und dem Verdünnungsmittel und eine Mischung von Chlor und Fluorwasserstoff getrennt eingeleitet werden. Diese Mischungen können simultan, aufeinanderfolgend oder auf einmal oder getrennt eingeleitet werden.

Die verwendeten Mengen an Chlor und Fluorwasserstoff sind nicht kritisch und hängen von der Menge an ß-Picolin als Ausgangsmaterial, von der Bildung der Pyridinderivate und von der Art des Reaktionsgefässes ab. Die Mengen liegen jeweils in Bereichen von 2 bis 15 mol, vorzugsweise 2,5 bis 10 mol, und 2 bis 60 mol, vorzugsweise 2,5 bis 10 mol, bezogen auf 1 mol ß-Picolin. Die Menge des Verdünnungsmittels liegt gewöhnlich in einem Bereich von 3 bis 70 mol, bezogen auf 1 mol ß-Picolin. Die Reaktionstemperatur liegt gewöhnlich in einem Bereich von 300 bis 600°C, vorzugsweise 350 bis 500° C, und die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone liegt gewöhnlich in einem Bereich von 0,5 bis 50 s, vorzugsweise 1 bis 30 s.

Falls man das spezielle Metallfluorid als Katalysator einverleibt, wird die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht. Dadurch können die Reaktionsbedingungen mild sein und die Ausbeute des angestrebten Produkts wird bemerkenswert gesteigert. Das angestrebte Produkt kann durch Umsetzung in Abwesenheit eines Katalysators hergestellt werden, die Reaktionsgeschwindigkeit ist jedoch dann realtiv gering. Falls im letzteren Fall die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht wird, werden unnormale Reaktionen, wie z.B. Nebenreaktionen, Zersetzungen und Carbonisierungen, leicht verursacht. Andererseits kann die Umsetzung in Gegenwart des Katalysators unter milden Reaktionsbedingungen hinsichtlich Reaktionstemperatur, Menge an Chlor und Fluorwasserstoff und Verweilzeit durchgeführt werden, und man erhält das angestrebte Produkt mit hoher Ausbeute. Die Durchführung der Reaktion in Gegenwart des Katalysators bietet daher bei einem industriellen Verfahren bemerkenswerte Vorteile.

Die als Katalysator eingesetzten Fluoride von Aluminium, Chrom, Eisen, Nickel, Kobalt oder Mangan sind beispielsweise folgende: Chromfluoride, wie Chrom(II)fluorid (CrF2), Chrom(III)-fluorid (CrF3), Chrom(IV)fluorid (CrF4); Eisenfluoride, wie Eisen-(Il)fluorid (FeF2), Eisen(III)fluorid (FeF3); Nickelfluoride, wie Nik-kel(II)fluorid (NiF2), Nickel(III)fluorid (NiF3); Manganfluoride, wie Mangan(II)fluorid (MnF2), Mangan(III)fluorid (MnF3), Man-gan(IV)fluorid (MnF4); Kobaltfluoride, wie Kobalt(II)fluorid (CoF2), Kobalt(III)fluorid (CoF3); Aluminiumfluoride, wie Alumi-nium(III)fluorid (A1F3) usw. Es kann eines oder es können mehrere der Fluoride verwendet werden. Unter den katalytischen Komponenten wird für industrielle Zwecke vorzugsweise ein Fluorid des Chroms, Eisens oder Aluminiums eingesetzt.

Gewöhnlich wird eine derartige katalytische Komponente mit einem Träger, wie Aktivkohle, aktivem Aluminiumoxid und Alumi-nium(III)fluorid, vermischt. Die Mischung wird in Granulatform oder in Form von Pellets gewünschter Grösse eingesetzt und in die Reaktionszone eingespeist. Die in Form des speziellen Metallfluorids vorliegende katalytische Komponente kann in den Reaktor in der Weise eingegeben werden, dass sie in der Reaktionszone placiert wird. Es ist auch möglich, einen Vorläufer des Katalysators in Form des Metalls oder einer Legierung oder des Metalloxids, -chlorids, -hydroxids oder -carbonats oder eines Hydrats desselben in das Re-

aktionsgefäss zu geben und anschliessend Fluorwasserstoffgas einzuleiten. Dabei bilden sich die angestrebten Fluoride und werden auf diese Weise in der Reaktionszone placiert. Beispielsweise wird ein aus Aluminiumoxid oder Aluminium(III)fluorid bestehender Träger, welcher den genannten Vorläufer, z.B. ein spezielles Metalloxid oder -chlorid, wie Eisen(III)chlorid und Chromtrioxid, trägt, in das Re-aktionsgefass eingespeist und Fluorwasserstoff bei einer Reaktionstemperatur von 200 bis 500°C eingeleitet, um die spezielle Metallverbindung vor der Hauptreaktion in das spezielle Metallfluorid zu überführen.

Das erfindungsgemässe Verfahren kann in jedem beliebigen Reaktionssystem durchgeführt werden. Es wird jedoch aus praktischen Gründen bevorzugt, die Umsetzung in Gegenwart eines Festbetts oder Fliessbetts des festen Katalysators in der Reaktionszone durchzuführen. Die optimale Verfahrensweise besteht darin, die Umsetzung durchzuführen, indem man eine Suspension des festen Katalysators in einem Mischgas, enthaltend die Ausgangsmaterialien ß-Picolin, Chlor und Fluorwasserstoff, das Reaktionsprodukt, Chlorwasserstoff und das Verdünnungsmittel, in den Fliesszustand überführt. Die Menge der katalytischen Komponente ist nicht kritisch und liegt gewöhnlich bei einem Molverhältnis von 0,001 bis 3, bezogen auf ß-Picolin.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden die Chlorierung und die Fluorierung aufeinanderfolgend und simultan durchgeführt. Dabei werden hinsichtlich der Ausgangsmaterialien und des Produktes folgende Reaktionen beobachtet. Entweder findet hauptsächlich eine Umsetzung unter Überführung einer Methylgruppe des ß-Pico-lins in eine Trifluormethylgruppe statt, oder man beobachtet hauptsächlich die Umwandlung einer Methylgruppe des ß-Picolins in eine Trifluormethylgruppe zusammen mit der selektiven Einführung von Chlor in a-Stellung (2- und/oder 6-Stellung) des Pyridinrings. Falls in der a-Stellung des Pyridinrings ein Chloratom eingeführt worden ist, verglichen mit der 2-Stellung, die Einführung eines Chloratoms in der 6-Stellung leicht.

Die bei der obenerwähnten Umsetzung erhaltene Reaktionsmischung enthält zusammen mit den angestrebten Pyridinderivaten verschiedene Zwischenprodukte, die noch nicht in die angestrebten Produkte überführt worden sind. Andererseits können neben der Hauptreaktion in geringem Masse gewisse Nebenreaktionen ablaufen, bei denen Chloratome in ß-, y-Stellung oder a- und ß-Stellung des Pyridinrings eingeführt werden.

Bei dem erfindungsgemässen Verfahren werden die für die Art des jeweils angestrebten Pyridinderivats geeigneten Reaktionsbedingungen in der Weise aus den Bereichen der oben angegebenen Reaktionsbedingungen gewählt, dass jeweils das spezielle, angestrebte Pyridinderivat mit hoher Effizienz erhalten wird. Wenn beispielsweise 2-Chlor-5(und -3)-trifluormethylpyridin hergestellt wird, wird vorzugsweise Chlor und Fluorwasserstoff in Molverhältnissen von 3,5 bis 7 und 3 bis 10, bezogen jeweils auf ß-Picolin, eingesetzt und bei einer Reaktionstemperatur von 350 bis 450° C und einer Verweilzeit von 1 bis 20 s umgesetzt. Es resultiert eine Reaktionsmischung, welche 40 bis 60 Gew.-% 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, 5 bis 20 Gew.-% 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin, 10 bis 50 Gew.-% 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin, 5 bis 35 Gew.-% ß-Trifluormethyl-pyridin und 5 bis 15 Gew.-% anderer Verbindungen, wie z.B. ß-Chlordifluormethylpyridin, 2,5-Dichlor-3-trifluormethylpyridin, 2-Chlor-5-chlordifluormethylpyridin und 2,3-Dichlor-5-trifluormethyl-pyridin, enthält.

Falls 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin hergestellt wird, wird die Umsetzung vorzugsweise, verglichen mit der, bei der das Produkt 2-Chlor-5(und -3)-trifluormethylpyridin ist, unter drastischeren Reaktionsbedingungen, nämlich einen höheren Verhältnis an Chlor, höherer Reaktionstemperatur und längerer Verweilzeit, durchgeführt.

Bei der Herstellung von ß-Trifluormethylpyridin wird die Umsetzung vorzugsweise unter milden Reaktionsbedingungen, nämlich einem niedrigen Verhältnis an Chlor, niedriger Reaktionstemperatur und kurzer Verweilzeit, durchgeführt, wieder verglichen mit der Re5

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aktion, bei der als Produkt 2-Chlor-5(und -3)-trifluormethylpyridine erhalten werden.

Unter den Pyridinderivaten sind die Mono- oder Dichlortrifluor-methylpyridine, insbesondere 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, brauchbare Zwischenprodukte für Agrikulturchemikalien. Das erfindungsgemässe Verfahren ist zur Herstellung derartiger Pyridinderivate besonders effektiv.

In der vorliegenden Beschreibung werden unter Chlor-ß-trifluor-methylpyridinen Mono- und/oder Dichlor-ß-trifluormethylpyridine und unter Chlor-ß-perchlorfluormethylpyridinen Mono- und/oder Dichlor-ß-perchlorfluormethylpyridine verstanden.

Aus dem Reaktionsgefäss werden gewöhnlich gasförmige Materialien, enthaltend die fluorierten Produkte, wie die Pyridinderivate, als Hauptprodukte, und nichtreagierten Fluorwasserstoff, Chlor, Zwischenprodukte, Chlorwasserstoff als Nebenprodukte und das Verdünnungsmittel entnommen. Durch eine geeignete Kühl- und Kondensiervorrichtung werden die Pyridinderivate als flüssige Mischung abgetrennt. Zur Abtrennung ist es möglich, die angestrebten Pyridinderivate, die Zwischenprodukte, Fluorwasserstoff und einen Teil des Chlorwasserstoffs durch Abkühlen der gasförmigen Reaktionsmischung zu verflüssigen und die abgetrennte, flüssige Phase durch Zugabe von Wasser zu behandeln. Die flüssige Mischung enthält gewöhnlich ß-Trifluormethylpyridin, 2-Chlor-5-trifluorme-thylpyridin, 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin und 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin. Die Pyridinderivate können beispielsweise in Ausbeuten von über 80% erhalten werden. Falls in der flüssigen Mischung Zwischenprodukte, wie die Chlor-ß-perchlorfluormethyl-pyridine, welche nicht in die angestrebten Pyridinderivate überführt wurden, zurückbleiben, können diese Zwischenprodukte in die Reaktionszone nach ihrer Abtrennung und Wiedergewinnung zusammen mit nichtreagiertem Material oder dem Verdünnungsmittel zurückgeführt werden. Die resultierenden Pyridinderivate können durch herkömmliche Reinigungsbehandlungen, wie Extraktion, Destillation oder Kristallisation, gereinigt werden. Auf diese Weise kann eine einzelne Verbindung der Pyridinderivate, z.B. 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, mit hoher Reinheit erhalten werden.

Um 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin mit hoher Ausbeute herzustellen, hat sich folgendes Verfahren für industrielle Zwecke als vorteilhaft erwiesen. Bei diesem Verfahren werden die Reaktionsbedingungen dahingehend ausgewählt, dass die Ausbeute an 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin ohne Rücksicht auf die Herstellung von 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin und 2,6-Dichlor-3-trifluormethyl-pyridin erhöht wird. Bei derartigen Reaktionsbedingungen kann folgende flüssige Mischung erhalten werden. Die flüssige Mischung enthält gewöhnlich 40 bis 60% 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, 5 bis 20% 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin und 5 bis 25% 2,6-Di-chlor-3-trifluormethylpyridin. Aus der flüssigen Mischung wird das 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin mit hoher Ausbeute abgetrennt.

Der bei der Abtrennung von 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin erhaltene Rückstand enthält 0 bis 3% 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, 10 bis 35% 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin und 10 bis 50% 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin. Falls man den Rückstand hydriert, wird ein Chloratom am Pyridinring leicht durch ein Wasserstoffatom substituiert, und man erhält ß-Trifiuormethylpyridin. Die Hydrierung wird z.B. als katalytische Umsetzung des Chlor-ß-trifluormethylpyridins mit Wasserstoff in Gegenwart eines speziellen Katalysators durchgeführt. Die Katalysatoren können solche vom Platin-, Palladium-, Nickel-, Kupfer- oder Silber-Typ sein.

Die Umsetzung kann inflüssiger Phase oder in Gasphase durchgeführt werden. Bei der Umsetzung in flüssiger Phase können z.B. Wasser, Alkohole, Äther, aromatische Kohlenwasserstoff verwendet werden. Die Raktionstemperatur liegt gewöhnlich in einem Bereich von 50 bis 200° C bei der Umsetzung in flüssiger Phase und in einem Bereich von 150 bis 400° C bei der Gasphasenreaktion. Bei der Umsetzung wird die Trifluormethylgruppe der Chlor-ß-trifluormethyl-pyridine nicht abgetrennnt, es wird hingegen nur Chlor selektiv durch Wasserstoff substituiert. Auf diese Weise kann ß-Trifluormethylpyridin mit hoher Ausbeute erhalten werden. Man kann daher

ß-Trifluormethylpyridin mit hoher Reinheit in hoher Ausbeute dadurch herstellen, dass man eine herkömmliche Reinigungsbehandlung, wie z.B. Filtration, Extraktion oder Destillation, anwendet. Das ß-Trifluormethylpyridin wird in die Reaktionsstufe der Herstellung der Chlor-ß-trifluormethylpyridine zurückgeführt und auf diese Weise wiederverwendet. Das ß-Trifluormethylpyridin kann leicht in die Chlor-ß-trifluormethylpyridine überführt werden, indem man ß-Trifluormethylpyridin zusammen mit ß-Picolin entweder als Mischung oder getrennt einleitet. Die bei der Chlorierung und Fluorierung von ß-Picolin nicht in die Chlor-ß-trifluormethylpyridine überführten Zwischenprodukte kann man jedoch auch in Chlor-ß-trifluormethylpyridine überführen, indem man diese Zwischenprodukte in der Hydrierungsreaktion behandelt und sie anschliessend in die Reaktionsstufe zur Herstellung von Chlor-ß-trifluormethylpyridinen zurückführt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beispielen und Vergleichsbeispielen näher erläutert.

Beispiel 1 :

Ein Reaktionsrohr aus rostfreiem Stahl mit einem Innendurchmesser von 42 mm und einer Länge von 1250 mm wird als Reaktionszone eingesetzt. Zum Vorheizen von Fluorwasserstoff und Chlor wird ein Vorheizrohr aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Länge von 500 mm verwendet. Zum Vorheizen von ß-Picolin und Tetrachlorkohlenstoff wird ein Vorheizrohr aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Länge von 500 mm verwendet. Das Reaktionsrohr und die Vorheizrohre sind jeweils von elektrischen Heizeinrichtungen und Isolationen umgeben, um die Temperatur von aussen zu steuern. Die Rohre sind jeweils geneigt angeordnet.

In das Reaktionsrohr leitet man während etwa 100 min mit im wesentlichen konstanter Strömungsgeschwindigkeit 47 g (0,5 mol) ß-Picolin und 770 g (5 mol) auf230°C vorgeheizten Tetrachlorkohlenstoff sowie 181 g (2,55 mol) Chlor und 520 g (26 mol) Fluorwasserstoff, die jeweils auf 300° C vorgeheizt sind, ein und führt bei 430° C eine Gasphasenreaktion durch. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone beträgt etwa 5 s.

Das aus dem Reaktionsrohr austretende Gas wird kondensiert, indem man es durch eine Wasserwaschsäule und eine Ätzkaliwasch-säule hindurchleitet. Das resultierende, ölige Produkt wird abge-trent, mit Wasser gewaschen und über Natriumsulfat entwässert. Anschliessend wird Tetrachlorkohlenstoff unter vermindertem Druck abdestilliert, und man erhält 77 g eines öligen Produktes. Das ölige Produkt wird mittels Gaschromatographie analysiert. Die Gaschromatographie wird unter Verwendung eines Temperaturprogrammierers durchgeführt. Bei den isolierten organischen Materialien werden Chlor-ß-trifluormethylpyridine in einem Verhältnis von 60,5 Ge.vi.-Vo und die Zwischenprodukte, wie Chlor-ß-perchlorffuor-methylpyridine, in einem Verhältnis von etwa 40 Gew.-% erhalten. Das Analysenergebnis des öligen Produktes gemäss der Gaschromatographie ist in der folgenden Tabelle 1 gezeigt.

Beispiel 2:

In das bei Beispiel 1 verwendete Reaktionsrohr leitet man während 30 min 28 g (0,3 mol) ß-Picolin und 277 g (1,8 mol) Tetrachlorkohlenstoff, die zuvor auf 250° C erhitzt wurden, sowie 149 g (2,1'mol) Chlor und 30 g (1,5 mol) Fluorwasserstoff, welche jeweils auf 300° C vorgeheizt wurden, ein. Bei einer Reaktionstemperatur von 410°C und einer Verweilzeit der Reaktionsmischung von 9,5 s wird die Gasphasenreaktion durchgeführt. Das aus dem Reaktionsrohr entlassene Gas wird wie bei Beispiel 1 behandelt, und man erhält 44 g eines öligen Produktes. Das Ergebnis der Analyse des öligen Produktes durch Gaschromatographie ist in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt.

Die Werte für die anderen Komponenten in der Tabelle geben in Prozent die Gesamtmenge von Verbindungen, wie z.B. Chlor-ß-perchlorfluormethylpyridinen, an.

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Tabelle 1

Beisp. 1

(%)

Beisp. 2 (%)

2-Chlor-5-trifluormethylpyridin

33,2

36,4

2-Chlor-3-trifluormethylpyridin

10,7

8,7

2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin

16,6

12,8

andere Komponenten

39,5

42,1

Beispiel 3:

Ein Reaktionsrohr aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser von 42 mm und einer Länge von 1250 mm wird als Reaktionszone verwendet. In einer Entfernung von 500 mm vom Einlass des Reaktionsrohrs wird eine Katalysatorschicht in einer Länge von 250 mm ausgebildet. Zum Vorheizen von wasserfreiem Fluorwasserstoff und Chlor wird ein Vorheizrohr aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Länge von 500 mm verwendet. Zum Vorheizen von ß-Picolin und Tetrachlorkohlenstoff wird ein Vorheizrohr aus Edelstahl mit einem Innendurchmesser von 20 mm und einer Länge von 500 mm eingesetzt. Reaktionsrohr und Vorheizrohre sind jeweils mit elektrischen Heizeinrichtungen und Isolationen ausgerüstet, um die Temperatur von aussen zu steuern. Die Rohre sind jeweils geneigt angeordnet.

In dem mit dem Katalysator gepackten Teil des Reaktionsrohrs ist eine Mischung von 0,03 mol Chrom(III)fluoridhydrat und 200 g aktivem Aluminiumoxid mit einer Teilchengrösse von 4 bis 6 mm gepackt. Das Reaktionsrohr wird auf 430° C erhitzt und wasserfreier Fluorwasserstoff wird zur Aktivierung des Katalysators 2 h in einer Menge von 1 g/min eingeleitet. Anschliessend werden 280 g (3 mol) ß-Picolin und 2310 g (15 mol) Tetrachlorkohlenstoff, die jeweils auf 230°C vorerheitzt wurden, sowie 960 g (13,5 mol) Chlor und 480 g (24 mol) wasserfreier Fluorwasserstoff, die jeweils auf 300° C vorerhitzt wurden, in im wesentlichen gleichen Raten in das Reaktionsrohr eingeleitet. Bei 430° C wird das Ganze in einer Gasphasenreaktion umgesetzt. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone beträgt etwa 9 s.

Das aus dem Reaktionsrohrentlassene Gas wird kondensiert, indem man es durch eine Wasserwaschsäule und eine Alkalilauge-waschsäule hindurchleitet. Das ölige Produkt wird abgetrennt, mit Wassergewaschen und über Natriumsulfat entwässert. Anschliessend destilliert man Tetrachlorkohlenstoff unter vermindertem Druck ab und erhält 420 g eines öligen Produktes. Das ölige Produkt wird in einem gaschromatographen mit Temperaturprogrammierer analysiert. Das Ergebnis ist in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Beispiel 4:

In den mit dem Katalysator bepackten Teil des Reaktionsrohrs gemäss Beispiel 3 werden 300 g y-Aluminiumoxid gegeben und durch Fluorwasserstoff aktiviert. Anschliessend leitet man während etwa 8 h mit im wesentlichen gleichen Raten 465 g (5 mol) ß-Picolin und 3850 g (25 mol) Tetrachlorkohlenstoff, die zuvor auf 250° C erhitzt wurden, sowie 1950 g (27,5 mol) Chlor und 900 g (45 mol) Fluorwasserstoff, die jeweils auf 300° C vorerhitzt wurden, ein. Bei einer Reaktionstemperatur von 430° C und einer Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktiosnzone von 10,5 s wird die Gasphasenreaktion durchgeführt. Das aus dem Reaktionsrohr entlassene Gas wird gemäss Beispiel 3 behandelt, und man erhält 708 g eines öligen Produktes. Das Ergebnis der Analyse des öligen Produktes mittels Gaschromatographie ist in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.

Beispiel 5:

Das Verfahren von Beispiel 4 wird wiederholt. Dabei wird jedoch ein Katalysator verwendet, bei dem 0,1 mol Nickel(II)fluo-ridhydrat auf 200 g Aktivkohle mit einer Teilchengrösse von 2 bis 4 mm aufgebracht ist. Der Katalysator wird anstelle der 300 g y-

Aluminiumoxid und der katalytischen Aktivierung des Aluminiumoxids durch wasserfreien Fluorwasserstoff eingesetzt. Man führt eine Gasphasenreaktion durch und erhält 300 g eines öligen Produktes. Das Ergebnis der Analyse des öligen Produktes mittels Gaschromatographie ist in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt.

Die in der Tabelle gezeigten Werte für die anderen Komponenten sind Prozentangaben der Gesamtmenge der Verbindungen, wie z.B. Chlor-ß-perchlorfluormethylpyridine.

Tabelle 2

Beisp. 3

Beisp. 4

Beisp. 5

(%)

2-Chlor-5-trifluormethyl-

pyridin

54,8

51,8

48,6

2-Chlor-3-trifluormethyl-

pyridin

13,8

18,2

17,9

2,6-Dichlor-3-trifluor-

methylpyridin

17,5

22,6

23,4

andere Komponenten

13,9

7,4

10,1

Beispiel 6:

Als Reaktionsgefäss wird ein vertikal angeordnetes Reaktionsrohr aus Inconel verwendet, das eine Reaktionszone aus einem Ka-talysatorfliessbett aufweist (mit einem Innendurchmesser von 82 mm und einer Höhe von 1100 mm). Zwei Vorheizrohre aus Inconel mit einem Innendurchmesser von 8 mm und einer Länge von 200 mm, die für das Ausgangsmaterial und das Verdünnungsmittel vorgesehen sind, werden mit dem Reaktionsrohr verbunden. Das Reaktionsrohr und die Vorheizrohre sind jeweils von elektrischen Heizeinrichtungen und Isolationen umgeben, um auf diese Weise die Temperatur von aussen steuern zu können.

Der in Beispiel 3 verwendete aktivierte Katalysator wird pulverisiert, um Teilchendurchmesser von 0,18 bis 0,4 mm zu erhalten.

1.7 kg des Produktes werden als Katalysator in die Reaktionszone gegeben. Das Reaktionsgefäss wird auf 430° C erhitzt. Durch das eine Vorheizrohr wird ß-Picolin mit einer Rate von 3,6 g/min und Stickstoffgas mit einer Rate von 11,3 1/min eingeleitet und durch dass andere Vorheizrohr leitet man Chlorgas mit einer Rate von

2.8 1/min und wasserfreien Fluorwasserstoff mit einer Rate von

2,5 1/min ein. Die Gase werden jeweils als Mischgase bei etwa 200° C in das Reaktionsrohr eingeleitet und etwa 5 h umgesetzt. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Rekationszone beträgt etwa 7 s. Das aus dem Reaktionsgefäss entlassene Gas wird gemäss dem in Beispiel 3 beschriebenen Verfahren behandelt, und man erhält 1680 g eines öligen Produktes. Das Ergebnis der Analyse des öligen Produktes mittels des mit einem Temperaturprogrammierer ausgerüsteten Gaschromatographen ist in Tabelle 3 aufgeführt

Beispiel 7:

Das Verfahren von Beispiel 6 wird wiederholt. Dabei wird jedoch ß-Picolin mit einer Rate von 2,38 g/min, 3-Trifluormethyl-pyridin mit einer Rate von 1,88 g/min und Stickstoffgas mit einer Rate von 11,3 1/min sowie Chlorgas mit einer Rate von 2,8 1/min und wasserfreier Fluorwasserstoff mit einer Rate von 2,51/min eingeleitet und etwa 3 h umgesetzt. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone beträgt etwa 7 s. Das aus dem Reaktionsgefäss entlassene Gas wird gemäss dem Verfahren von Beispiel 3 behandelt, und man erhält 1090 g eines öligen Produktes. Das ölige Produkt wird mittels Gaschromatographie analysiert. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 aufgeführt. Die in der Tabelle angegebenen Werte für die anderen Komponenten geben in Prozent eine Gesamtmenge der Verbindungen, wie z.B. Chlor-ß-perchlorfluor-methylpyridine, an.

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Tabelle 3

Beisp. 6

Beisp. 7

(%)

2-Chlor-5-trifluormethylpyridin

51,5

56,4

2-Chlor-3-trifluormethylpyridin

6,6

9,6

2,6-Dichlor-3-trifiuormethylpyridin

25,1

18,3

andere Komponenten

16,8

15,7

Beispiel 8:

1) Herstellung von Chlor-ß-trifluormethylpyridinen

Als Reaktionsgefäss wird ein vertikal angeordnetes Reaktionsrohr aus Inconel verwendet, das eine Reaktionszone aus einem Ka-talysatorfliessbett aufweist (mit einem Innendurchmesser von 151 mm und einer Höhe von 1440 mm). Zwei Vorheizrohre aus Inconel mit einem Innendurchmesser von 40 mm und einer Länge von 1500 mm, die für die Ausgangsmaterialien und das Verdünnungsmittel vorgesehen sind, werden mit dem Reaktionsrohr verbunden. Das Reaktionsrohr und die Vorheizrohre sind jeweils von elektrischen Heizeinrichtungen und Isolationen umgeben, um die Temperatur von aussen steuern zu können.

Eine Mischung von 970 g Chrom(III)fluoridhydrat und 12 kg aktivem Aluminiumoxid mit einer Teilchengrösse von 0,18 bis 0,4 mm wird in den für das Bepacken mit Katalysator vorgesehenen Teil des Reaktionsrohrs gegeben. Das Reaktionsrohr wird auf 430° C erhitzt und wasserfreier Fluorwasserstoff wird mit einer Rate von 201/min während 3 h eingeleitet, um den Katalysator zu aktivieren. Das Reaktionsgefäss wird auf 430° C erhitzt. Durch das eine Vorheizrohr leitet man ß-Picolin mit einer Rate von 17 g/min, Stickstoffgas mit einer Rate von 411/min und durch das andere Vorheizrohr Chlorgas mit einer Rate von 211/min und wasserfreien Fluorwasserstoff mit einer Rate von 211/min hindurch. Die Gasmischungen werden jeweils bei etwa 200° C in das Reaktionsrohr eingeleitet und etwa 100 h umgesetzt. Der aktivierte Katalysator wird mit einer Rate von 3 kg/h während der Reaktion kontinuierlich zugeführt und entnommen. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone beträgt etwa 2,5 s.

Das aus dem Reaktionsgefäss entlassene Gas wird durch eine Wasserwaschsäule und eine Alkalilaugewaschsäule hindurchgeleitet. Das ölige Produkt wird abgetrennt und mit Wasser gewaschen. Man erhält 160 kg der öligen Mischung der Chlor-ß-trifluormethylpyrid-ine. Das ölige Produkt wird gereinigt, und man erhält 72 kg 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin. Nach Abtrennung von Nebenprodukten durch Destillation erhält man aus dem bei der Abtrennung der angestrebten Verbindung angefallenen Rückstand 72 kg einer Mischung von Chlor-ß-trifluormethylpyridinen, enthaltend 2,6 Gew.-% 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, 13 Gew.-% 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin und 50 Gew.-% 2,6-Dichlor-3-trifluor-methylpyridin.

2) Herstellung von ß-Trifluormethylpyridin

In einen 100-1-Autoklaven gibt man 13,5 kg der Mischung der Chlor-ß-trifluormethylpyridine, 14 kg Triäthylamin, 151 Wasser und 65 g 2%iges Palladium-auf-Aktivkohle. Wasserstoffgas wird in den Autoklaven eingeleitet. Unter einem Wasserstoffdruck von 20 bar wird bei einer Reaktionstemperatur von 75° C während 120 min die katalytische Reduktion durchgeführt. Nach der Umsetzung wird der Katalysator durch Filtration abgetrennt und eine geringe Menge verdünnte Chlorwasserstoffsäure zu dem Filtrat zur Einstellung des pH-Wertes auf 3,5 gegeben. Die Ölphase wird abgetrennt und destilliert; man erhält 8,4 kg eines öligen Produktes (ß-Trifluormethyl-

pyridin/ß-Difluormethylpyridin = 9:1). Eine geringe Menge einer verdünnten, wässerigen Natriumhydroxidlösung wird zugegeben, um alkalische Bedingungen zu schaffen, und es werden 12,3 kg Triäthylamin zurückgewonnen.

3) Herstellung von Chlor-ß-trifluormethylpyridinen

Die Umsetzung gemäss der oben beschriebenen Reaktionsstufe zur Herstellung der Chlor-ß-trifluormethylpyridine wird wiederholt. Dabei wird jedoch ß-Picolin mit einer Rate von 11,3 g/min, das hydrierte Produkt mit einer Rate von 8,9 g/min, Stickstoffgas mit einer Rate von 411/min sowie Chlorgas mit einer Rate von 211/min und wasserfreier Fluorwasserstoff mit einer Rate von 211/min eingeleitet und das Ganze 3 h umgesetzt. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone beträgt etwa 2,5 s.

Das aus dem Reaktionsgefäss entnommene Gas wird wie bei der obigen Reaktionsstufe zur Herstellung der Chlor-ß-trifluormethyl-pyridine behandelt, und man erhält 44 kg der öligen Mischung der Chlor-ß-trifluormethylpyridine.

Das Produkt wird in einem mit einem Temperaturprogrammierer ausgerüsteten Gaschromatographen analysiert. Dabei findet man, dass das Produkt 58,5 Gew.-% 2-Chlor-5-trifluormethyl-pyridin, ll,4Gew.-% 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin, 16,2Gew.-% 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin und 13,9 Gew.-% andere Komponenten, wie z.B. ß-Trifluormethylpyridin, 2,5-Dichlor-3-trifluor-methylpyridin, 2,3-Dichlor-5-trifluormethylpyridin sowie Chlor-ß-chlordifluormethylpyridine, enthält. Das Produkt wird destilliert, und man erhält 21,9 kg des angestrebten 2-Chlor-5-trifluormethylpy-ridins.

Beispiel 9:

Als Reaktionsgefäss wird ein vertikal angeordnetes Reaktionsrohr (Innendurchmesser 97,1 mm und Höhe 1570 mm) aus Inconel mit einem Katalysatorfliessbett verwendet. Zwei Vorheizrohre aus Inconel mit einem Innendurchmesser von 30 mm und einer Länge von 1000 mm, die für Ausgangsmaterialien und das Verdünnungsmittel vorgesehen sind, werden mit dem Reaktionsrohr verbunden. Das Reaktionsrohr und die Vorheizrohre sind jeweils mit elektrischen Heizeinrichtungen und Isolationen umgeben, um die Temperatur von aussen steuern zu können.

Eine Mischung von 277 g wasserfreiem Eisen(III)chlorid und 2,2 kg Aluminium(III)fluorid mit einer Teilchengrösse von 105 bis 250 n wird in den für den Katalysator vorgesehenen Teil des Reaktionsrohrs gegeben. Das Reaktionsrohr wird auf 200° C erhitzt und es wird wasserfreier Fluorwasserstoff mit einer Rate von 2,31/min während 1 h eingeleitet, um den Katalysator zu aktivieren. Das Reaktionsgefäss wird auf 400° C erhitzt. Durch das eine Vorheizrohr wird ß-Picolin mit einer Rate von 6,8 g/min und Stickstoffgas mit einer Rate von 9,91/min geleitet. Durch das andere Vorheizrohr wird Chlorgas mit einer Rate von 7,41/min und wasserfreier Fluorwasserstoff mit einer Rate von 7,41/min geleitet. Die gemischten Gase werden bei etwa 200° C jeweils in das Reaktionsrohr eingeleitet und etwa 30 h umgesetzt. Der aktivierte Katalysator wird mit einer Rate von 300 g/h während der Reaktion kontinuierlich zugegeben und entnommen. Die Verweilzeit der Reaktionsmischung in der Reaktionszone beträgt etwa 3,4 s.

Das aus dem Reaktionsgefäss abgelassene Gas wird durch eine Wasserwaschsäule und eine Alkalilaugewaschsäule hindurchgeleitet. Das kondensierte Produkt wird abgetrennt und mit einer Ammoniaklösung neutralisiert. Mittels Dampfdestillation erhält man 19,11 kg eines öligen Produktes. Das ölige Produkt wird einer weiteren Destillation unterworfen. Dabei erhält man 1,53 kg Vorlauf, enthaltend ß-Trifluormethylpyridin als Hauptkomponente, 9,56 kg Hauptfraktion, enthaltend 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin, und 7,62 kg Nachlauf, enthaltend 3,7 Gew.-% 2-Chlor-5-trifluormethyl-pyridin, 14,5 Gew.-% 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin, 47,7 Gew.-% 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin und 34,1 Gew.-% andere Komponenten.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

Beispiel 10:

Das Herstellungsverfahren von Beispiel 8 zur Herstellung der Chlor-ß-trifluormethylpyridine wird wiederholt. Dabei wird jedoch Chlorgas mit einer Rate von 4,91/min eingeleitet und die Umsetzung wird bei einer Temperatur von 380° C 6 h bei einer Verweilzeit von etwa 3,9 s durchgeführt. Das aus dem Reaktionsgefäss abgelassene Gas wird mittels einer Wasserwaschsäule und einer Alkalilaugewaschsäule kondensiert. Das kondensierte Produkt wird weiterhin mit einer wässerigen Alkalilauge und mit Wasser gewaschen, und man erhält 8,2 kg eines Öls. Dieses Öl wird getrocknet und destilliert, wobei man 5,8 kg ß-Trifluormethylpyridin erhält.

Beispiele 11 und 12:

Das Verfahren gemäss Beispiel 5 wird wiederholt. Dabei wird jedoch jeweils ein Katalysator verwendet, der 0,1 mol Mangan(III)-fluorid bzw. 0,1 mol Kobalt(II)fluorid trägt. Unter Verwendung dieser Katalysatoren anstelle des Nickel(II)fluorid-Katalysators wird eine Gasphasenreaktion durchgeführt, und man erhält 340 bzw. 280 g eines öligen Produktes. Das Ergebnis der Analyse des öligen Produktes mittels Gaschromatographie ist in der folgenden Tabelle 4 aufgeführt. Dabei ist das Ergebnis auf gleiche Weise wie bei Tabelle 2 dargestellt.

7 643 543

Tabelle 4

Beisp. 11

Beisp. 12

MnF3

CoF2

5

(%)

2-Chlor-5-trifluormethylpyridin

39,7

32,2

2-Chlor-3-trifluormethylpyridin

14,8

12,3

2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin

22,8

18,1

10

andere Komponenten

22,7

37,4

Beispiel 13:

Das Verfahren von Beispiel 10 wird wiederholt. Es werden 15 jedoch Chlorgas mit einer Rate von 16,61/min, Fluorwasserstoff mit einer Rate von 12,9 1/min, ß-Picolin mit einer Rate von 10,5 g/min und Stickstoffgas mit einer Rate von 25,21/min eingeleitet. Die Umsetzung wird 4,5 h bei einer Temperatur von 440°C und einer Verweilzeit von etwa 3,7 s durchgeführt. Das aus dem Reaktionsgefäss 20 abgelassene Gas wird kondensiert, gereinigt und auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 10 aufgetrennt. Man erhält 3,1 kg 2,6-Di-chlor-3-trifluormethylpyridin.

R

Claims

643 543

1. Verfahren zur Herstellung von Pyridinderivaten mit Trifluor-methylgruppe in ß-Stellung der folgenden allgemeinen Formel:

wobei X und Y jeweils ein Wasserstoffatom oder Chloratom bedeuten, dadurch gekennzeichnet, dass man ß-Picolin mit Chlor und Fluorwasserstoff in einer Gasphasenreaktion umsetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Gegenwart eines Katalysators durchführt, wobei der Katalysator ein Fluorid von wenigstens einem Metall der Gruppe Aluminium, Chrom, Eisen, Nickel, Kobalt und Mangan umfasst.

2

PATENTANSPRÜCHE

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung in Gegenwart eines Verdünnungsmittels durchführt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man die Umsetzung bei 300 bis 600° C durchführt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass man eine Verweilzeit einer Reaktionsmischung in einer Reaktionszone vorsieht, die in einem Bereich von 0,5 bis 50 s liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Pyridinderivat 2-Chlor-3-trifluormethylpyridin, 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin oder 2,6-Dichlor-3-trifluormethylpyridin erhält.

7. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Pyridinderivat 2-Chlor-5-trifluormethylpyridin erhält.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Pyridinderivat ß-Trifluormethylpyridin erhält.

9. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein fester Katalysator in einem eine Reaktionsmischung enthaltenden Gasstrom suspendiert ist, und dass man die Umsetzung unter Fliessbettbedingungen durchführt.

10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass man als Katalysator ein Fluorid von Aluminium, Eisen oder Chrom einsetzt.